外媒稱，從零開始打造人體器官，就像制造一個(gè)零部件一樣，速成且沒有排異的風(fēng)險(xiǎn)，這是再生醫(yī)學(xué)的首要目標(biāo)之一。如今科學(xué)家將目光集中在了3D打印上。據(jù)西班牙《趣味》月刊9月號(hào)文章稱，隨著科技的發(fā)展，人類壽命越來越長，隨之而來的結(jié)果就是，人類的器官從未運(yùn)轉(zhuǎn)過這么長時(shí)間。在歐盟，每天都有9個(gè)人在等待 移植器官的過程中死亡。

美國韋克福雷斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)學(xué)院主任安東尼·阿塔拉表示：“最近10年來，需要接受器官移植的患者人數(shù)翻了一番。雖然器官捐贈(zèng)者越來越多，但依然滿足不了日益增長的需求。”目前最被寄予希望的方法就是復(fù)制人體器官，但目前這種方法僅在牙科醫(yī)院比較常見。

阿塔拉已經(jīng)在這個(gè)研究領(lǐng)域投入了30年的時(shí)間和精力。過去其研究方向一直是較為簡易的肌肉和血管，但是2014年初阿塔拉宣布了一個(gè)飛躍性的研究成果：4個(gè)實(shí)驗(yàn)室人造陰道的移植手術(shù)都取得了成功。在接受植入手術(shù)8年后的今天，4位患有先天疾病的患者終于可以享受到正常的性生活了。

文章稱，為了從零開始打造人體器官，科學(xué)家首先需要的就是能夠變成任何人體組織的干細(xì)胞。直到不久以前，還只能從人類胚胎當(dāng)中獲取干細(xì)胞，這種方法還引發(fā)了有關(guān)倫理道德的爭論。但是現(xiàn)在無需創(chuàng)造出胚胎就可以獲取干細(xì)胞了。

打個(gè)比方，這個(gè)過程就像一臺(tái)時(shí)間機(jī)器。在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)一位患者的細(xì)胞樣本之后，通過外部干預(yù)使其成熟過程發(fā)生逆轉(zhuǎn)。這樣細(xì)胞就“返老還童”了，逆轉(zhuǎn)成為可以孕育新胚胎的干細(xì)胞。但是新的組織或器官是如何形成的？

答案是：在生長支架的輔助之下形成的。這個(gè)支架由多孔聚合物制造，這種具有生物相容性并且可降解的支架可以使細(xì)胞繼續(xù)生長并形成不同的組織，直到獲得理想的器官形狀。阿塔拉表示：“其作用就像義肢。如果輸入通過X光照相和掃描獲得的信息，3D打印機(jī)就能精準(zhǔn)地復(fù)制出患者的器官。”

第二個(gè)步驟就是將事前獲取的患者的細(xì)胞薄薄地覆蓋在支架上。最后，正在生長過程中的細(xì)胞還需在一個(gè)生物反應(yīng)器當(dāng)中達(dá)到成熟期。智能的生物反應(yīng)器能夠模擬人體內(nèi)的環(huán)境條件。人造器官在植入人體內(nèi)之后仍將繼續(xù)生長，直到和天生的器官完美相似。

對(duì)于那些等待捐贈(zèng)器官的患者而言，能夠幸運(yùn)地獲捐一個(gè)肝臟或者腎臟無異于一次新生。然而，即便移植了捐贈(zèng)者的心臟，獲捐者還可能受到排異反應(yīng)的煎熬。阿塔拉指出：“如果利用患者自己的細(xì)胞，就不會(huì)存在這個(gè)問題了。”

人造器官的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是大大縮短了等待時(shí)間。得益于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，患者可以在疾病早期移植人造器官，而這時(shí)候患者相對(duì)比較健康，接受手術(shù)之后更容易康復(fù)。

制造具有生物相容性的支架是一個(gè)依然處于研發(fā)過程中的課題。人造器官能否移植成功，時(shí)間的把握和控制是關(guān)鍵。因?yàn)槿绻Ъ芴崆敖到猓蜁?huì)因?yàn)檫^細(xì)而無法支撐細(xì)胞形成理想的器官形狀。同樣地，如果支架降解得太慢，植入的人造器官的區(qū)域和周圍的組織就會(huì)形成瘢痕，進(jìn)而影響未來人造器官的正常運(yùn)作。

解決問題的方法之一就是，回收與受體不匹配的捐贈(zèng)器官并將其去細(xì)胞化。2012年瑞典歌德堡大學(xué)的一個(gè)研究組首次利用一個(gè)生物支架成功移植了一根靜脈血管，而這個(gè)支架則是用一具尸體的血管制成的。

和所有組織一樣，這個(gè)過程就是利用去除劑將捐贈(zèng)者的器官去細(xì)胞化。這樣就只留下決定組織形狀的蛋白質(zhì)架構(gòu)。專家指出，從理論的角度來看，這個(gè)推理是無懈可擊的，因?yàn)榇嬖诳梢宰鳛橹Ъ苤貜?fù)利用的多余器官。目前韋克福雷斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)學(xué)院已經(jīng)證實(shí)，這個(gè)理論能夠應(yīng)用于豬的腎臟。

無論如何，要想避免聚合物支架可能帶來的問題，最好的替代辦法就是制造無需支架的器官，于是3D打印技術(shù)逐漸吸引了所有人的目光。美國生物技術(shù)公司Organovo已經(jīng)將3D打印的肝臟組織投入市場(chǎng)。

文章稱，這個(gè)過程需要對(duì)組織的機(jī)構(gòu)進(jìn)行精密分析，然后將其轉(zhuǎn)化為打印機(jī)可以識(shí)別的代碼。Organovo公司的專家利用尸體的細(xì)胞、培養(yǎng)皿中的活體細(xì)胞或者細(xì)胞株制造墨盒中盛放的生物墨水。肝臟樣本在其一個(gè)半月的存活期內(nèi)不斷增殖、死亡并被活組織替代。它們有助于在投入臨床試驗(yàn)之前，檢測(cè)藥物的毒性和效果。

在韋克福雷斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)學(xué)院，阿塔拉及其研究團(tuán)隊(duì)也在研發(fā)3D打印技術(shù)。除了嘗試通過3D技術(shù)利用細(xì)胞而非聚合物制造生物支架，阿塔拉還希望能夠研發(fā)出微型器官。他說：“我們希望能夠按比例打印出心臟、肺臟和肝臟，進(jìn)而替代實(shí)驗(yàn)室中的動(dòng)物。這些人造內(nèi)臟上面裝有芯片，并且可以利用血液替代品存活。”

Organovo公司的執(zhí)行董事基思·墨菲表示：“我們計(jì)劃在未來制造出完整的器官。”他還說：“然而，我們更希望能夠制造出體積更小的組織。例如，我們可以利用患者的細(xì)胞，打印出用來修補(bǔ)發(fā)生梗塞的心臟的補(bǔ)丁，這樣就可以避免排異反應(yīng)。”

美國愛荷華大學(xué)的一項(xiàng)最新研究提出了迷你器官的其他用途。例如，胰腺是由兩種細(xì)胞構(gòu)成，但具有分泌胰島素功能的只占2%。挑選有用的細(xì)胞制造出的組織能夠?yàn)樘悄虿』颊咛峁┮葝u素，但卻不必制造出完整的胰腺。此外，微型器官還可以使人體具備新的功能。例如，如果制造出能產(chǎn)生電能的器官組織，心臟起搏器里就不用安裝電池了。

如果堅(jiān)持要打印和天生的同樣大小的完整活體器官，那么最大的挑戰(zhàn)就在于創(chuàng)建一個(gè)有效的血管系統(tǒng)。在人體內(nèi)，流動(dòng)在經(jīng)脈、動(dòng)脈和毛細(xì)血管中的血液承擔(dān)著輸送養(yǎng)分和清潔廢物的作用。但是在人造組織中，這些機(jī)制并不存在。因此目前尚且無法打印出厚度大于幾微米的細(xì)胞層。阿塔拉表示：“我們的陰道和氣管等移植手術(shù)之所以能夠取得成功，是因?yàn)檫@些器官足夠精細(xì)，而無需血管的滲透作用。”

有些人造組織，例如Organovo公司的肝臟組織樣本已經(jīng)具備血管化的雛形，但是要讓復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)同時(shí)形成還不太現(xiàn)實(shí)。

韋克福雷斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)學(xué)院的專家正致力于研發(fā)人造血管系統(tǒng)。阿塔拉表示：“我們現(xiàn)在有兩種選擇：利用血管內(nèi)皮細(xì)胞制造小血管，或者利用能制氧的材料制造支架。”

美國哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所擁有世界上清晰度最高的3D打印機(jī)，能夠制造包括人類毛細(xì)血管在內(nèi)的微型組織。

研究人員在打印血管組織的時(shí)候，將活細(xì)胞以及細(xì)胞外基質(zhì)摻雜在一種特殊的生物材料當(dāng)中。一般的生物材料冷卻時(shí)會(huì)變硬，而這種特殊的聚合物能在溫度下降的同時(shí)逐漸融化，并釋放出活細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)。人造血管組織冷卻成型后，這些細(xì)胞能待在原來的組織位置，而無用的多余物質(zhì)則會(huì)被吸出。

研究人員利用這種技術(shù)制造出了由3種細(xì)胞形成的組織，以及完整的血管系統(tǒng)。此外，他們還在這個(gè)新生的血管網(wǎng)絡(luò)上培養(yǎng)血管內(nèi)皮細(xì)胞，使其覆蓋在血管上。

這是一種可行且快捷的方法，同時(shí)也節(jié)約了成本。美國賓夕法尼亞大學(xué)研發(fā)出一種類似的技術(shù)，雖然效率和精確度不如哈佛大學(xué)的技術(shù)高，但是利用碳水化合物替代了特殊的生物材料。換言之，使用糖類作為3D打印機(jī)的墨水。研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)受到了棉花糖的精細(xì)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)。這樣一來，只要用水就可以清除多余的物質(zhì)。

此外，研究人員還從世界上第一臺(tái)具有自我復(fù)制功能的打印機(jī)身上獲得了靈感。這個(gè)名叫RepRap的3D打印機(jī)原型機(jī)從軟件到硬件各種資料都是免費(fèi)和開源的，任何人都可以制造一臺(tái)這樣的打印機(jī)，然后再用它打印出和這臺(tái)打印機(jī)一模一樣的零部件。

突破了血管系統(tǒng)的挑戰(zhàn)之后，依然還有很長的路要走。下一個(gè)挑戰(zhàn)在于，人造組織中的很多細(xì)胞無法在打印過程中存活。因此距離將3D打印技術(shù)融入日常生活仍需時(shí)日。不過我們不要忘記，十多年前數(shù)位3D打印領(lǐng)域的先驅(qū)就曾說過，未來能夠打印器官的3D打印機(jī)將像誕生于20世紀(jì)30年代的電子顯微鏡一樣常見。